CN102779528A - 具有叠瓦写入和宽区域热辅助的磁记录盘驱动器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了利用“叠瓦”记录和“宽区域”加热器的热辅助记录（TAR）盘驱动器。在叠瓦记录中，写头极尖在跨道方向上比读头宽并通过建立部分交叠的多个连续圆形路径而写入磁转变。相邻路径的未被交叠部分形成数据道，因此其比写极尖的宽度窄。数据道被分组为环形带，当数据被再写入时，环形带中的所有数据道也被再写入。宽区域加热器可以是具有输出端的波导，该波导在盘记录层上产生被加热区域，该被加热区域比该写极极尖的跨道宽度宽。已经确定，使用叠瓦记录和宽区域加热器不会导致任何显著的相邻道擦除（ATE）。
Description
技术领域
本发明总地涉及热辅助记录（TAR）系统，其中数据在磁记录层处于升高的温度时被写入，更具体地，涉及具有“宽区域”加热器的TAR盘驱动器，该加热器加热比要记录的数据道更宽的盘区域。
背景技术
在磁记录盘驱动器中，用于盘上的记录层的磁材料（或介质）被选择为具有足够的矫顽力使得定义数据“位”的磁化数据区域被精确地写入并保持它们的磁化状态直到被新的数据位改写。随着面数据密度（能够被记录在盘的单位表面面积上的位的数目）增加，构成数据位的磁颗粒可以如此小以致它们会仅仅由于磁化位内的热不稳定性或扰动而退磁化（所谓的“超顺磁”效应）。为了避免所存储的磁化的热不稳定性，需要具有高磁-晶体各向异性（Ku）的介质。磁颗粒的热稳定性在很大程度上由KuV决定，其中V为磁颗粒的体积。因此，具有高Ku的记录层对于热稳定性是重要的。然而，增大Ku也增大了介质的短时间转换场H0，其是反转磁化方向所需要的场。对于大部分磁材料，H0实质上比在较长时间尺度上测量的矫顽场或矫顽力Hc要大，例如为约1.5至约2倍。显然，转换场不能超过记录头的写入场的能力，对于垂直记录，其当前被限制到约12kOe。
由于已知记录层的磁材料的矫顽力是温度相关的，所以对于热稳定性问题所提出的一种方案是热辅助记录（TAR），也称为热辅助磁记录（HAMR），其中在写入期间磁记录材料被局域地加热以降低矫顽力而足以发生写入，但是在盘驱动器的环境温度（也就是，约15-30℃的“室”温或正常操作温度）矫顽力/各向异性足够高以满足记录位的热稳定性。在一些提出的TAR系统中，磁记录材料被加热到接近或高于其居里温度。所记录的数据然后通过常规的磁阻（MR）读头在环境温度读回。
已经提出了几个TAR的方法。具有“小区域”加热器的TAR盘驱动器将热引导至仅数据道的将通过写头写入数据的区域。最普通类型的小区域TAR盘驱动器使用激光源和具有近场换能器（NFT）的光波导。“近场”换能器指的是“近场光学系统”，其中光的通道是通过具有亚波长特征的元件，光耦接到第二元件，诸如像磁记录介质一样的基板，该第二元件位于离第一元件亚波长的距离处。NFT通常利用低损耗金属（例如，Au、Ag、Al或Cu）成形为使得表面电荷移动集中在成形为主要顶点或尖端的表面特征处。振荡的尖端电荷产生强烈的近场图案。振荡尖端电荷的电磁场产生近场中的光输出，其被引导到磁记录介质上以仅加热暴露于来自写头的写场的区域。小区域加热器具有不引起相邻道擦除（ATE）的优点。如果与正在被写入的数据道相邻的数据道也将被加热，则来自写头的杂散磁场可以擦除之前记录在相邻道中的数据。此外，即使在没有磁场时，相邻数据道的加热将加速热衰退速率，使之超过在环境温度的热衰退速率，因此可能发生数据丢失。尽管提供了较少ATE的优点，但是小区域加热器难以制造。此外，由于相对低效的热传输，达到期望的介质温度所需要的加热器温度非常高。
在提出“小区域”加热器之前提出了具有“宽区域”加热器的TAR盘驱动器，该“宽区域”加热器加热比数据道宽得多的区域。与小区域加热器相比，宽区域加热器相对容易制造并实现在常规记录头结构中。它还具有额外的优点，它非常有效地加热数据道，因此对于给定的所需介质温度，最小化所需的加热器温度。然而，已经表明，宽区域加热器导致相当的ATE，由于相邻道反复地暴露于来自写头的弥散场(finge field)和来自宽区域加热器的热的结合。具有宽区域加热器的TAR系统包括使用耦接到光通道的激光器（如US 5986978所述）以及电阻加热器（如US专利7068453B2所述）的系统。
所需要的是能够利用宽区域加热器而没有显著的ATE的TAR盘驱动器。
发明内容
本发明涉及热辅助记录（TAR）盘驱动器，其使用具有“叠瓦”记录的“宽区域”加热器。在叠瓦记录(shingled recording)或写入中，写头极尖在跨道方向上比读头宽，并通过建立彼此交叠的多个连续圆形路径而写入磁转变。相邻路径的不被交叠部分形成数据道，因此数据道比写极尖的宽度窄。数据通过更窄的读头读回。数据道被分组为环形带，当数据被再写入时，环形带中的所有数据道也被再写入。
宽区域加热器或热源优选地为耦接到激光器的波导，并具有在头载体的与盘面对的表面处的输出端。波导输出端不与写极尖重合，而是位于写极尖的道上游。因此，波导输出端产生盘的记录层上的加热区域或加热点，该加热区域然后向道下游移动，在道下游处它可以暴露于来自写极尖的磁写入场。波导输出端加热比写极尖的跨道宽度宽的区域，优选地为包括与写极尖对准的道两侧的多个道的区域。通过这样的宽区域加热器，每当整个环形带被写入时，每个数据道中的数据在其已经被写入之后将连续几遍暴露于热。然而，从模型已经确定，在本发明中，宽区域加热器的使用不会导致任何显著的相邻道擦除（ATE）。由于大的被加热点，有相当数目的道仅经受大的温度上升而没有显著的磁场。
为了更充分地理解本发明的本质和优点，应当参照以下与附图一起的详细描述。
附图说明
图1是根据本发明的热辅助记录（TAR）盘驱动器的俯视图。
图2是经过根据本发明的TAR头的一部分和相关垂直磁记录盘的截面图。
图3是从盘的记录层下面朝向TAR头载体的气垫面（ABS）的视图，示出利用来自根据本发明的宽区域加热器的热辅助的叠瓦写入的方法。
图4是本发明的具有TAR头的实施例的ABS的视图，该TAR头具有电阻加热器作为宽区域热源。
具体实施方式
图1是根据本发明的热辅助记录（TAR）盘驱动器的俯视图。盘驱动器具有壳体或基座101，支承致动器130和主轴电机（未示出），该主轴电机用于使磁记录盘10绕其中心13在由箭头15指示的方向上旋转。致动器130可以是音圈电机（VCM）旋转致动器，其具有刚性臂134并绕枢轴132旋转。头-悬架组件包括：悬架121，具有附接到致动器臂134的端部的一端；弯曲件（flexure）123，附接到悬架121的另一端；以及头载体，诸如气垫滑块（air bearing slider）122，附接到弯曲件123。悬架121允许滑块122保持非常靠近盘10的表面，弯曲件123使得滑块122能够在由旋转的盘10产生的气垫上“俯仰”和“滚转”。滑块122支承位于滑块122的端面112上的读/写头或记录头109。记录头109通常为磁阻读头与感应写头的结合体（也被称作读/写头）。激光器70被支承在悬架121上，但是备选地可以被支承在臂134或滑块122上。滑块122支承用于将来自激光器70的辐射引导到盘10的光通道或波导（没有在图1中示出）。在图1中仅示出一个盘表面以及相关的滑块和记录头，但是通常可以有堆叠在由主轴电机旋转的轮毂上的多个盘，单独的滑块和记录头与每个盘的每个表面相关联。
在本发明中，盘驱动器利用叠瓦记录（shingled recording），也被称作叠瓦写入。因此，图1还示出圆形叠瓦记录数据道的部分，被分组为盘10的记录层上的环形带。仅三个带140、141、142的部分被示出，但是通常会有大量的带。例如，对于利用叠瓦记录的2.5英寸盘驱动器，道节距可以为约50nm，每个带包含几百个道，在带之间具有约100nm的间隔。在叠瓦记录中，在跨道方向上比读头宽的写头通过建立部分交叠的多个连续环形路径来写入磁转变。相邻路径的未被交叠部分形成数据道，其因此窄于写头的宽度。数据通过较窄的读头读回。当数据被再写入时，环形带中的所有数据道也被再写入。叠瓦写入在本领域是公知的，例如如US 6185063B1中所述。
图2是TAR盘10的一部分和气垫滑块122的截面图，气垫滑块122用作头载体，集成TAR头形成在滑块端部112上。图2没有按比例绘制，因为难以示出非常小的特征。TAR盘10被示出为垂直磁记录盘，具有盘基板18、具有垂直磁各向异性的连续磁记录层30以及可用作热沉层的衬层20。衬层20可以备选地为软磁衬层（SUL），用于传输来自磁写头的磁通并通常会位于交换中断层（EBL）（未示出）下面，该交换中断层断开SUL与记录层30之间的磁交换。SUL可以是由导磁材料诸如合金CoNiFe、FeCoB、CoCuFe、NiFe、FeAISi、FeTaN、FeN、FeTaC、CoTaZr、CoFeTaZr、CoFeB和CoZrNb形成的单层、或者由非磁膜（诸如像Al和CoCr的导电膜或像Ru和Ir的反铁磁耦合膜）分隔的多个软磁膜形成的层叠结构。记录层30被示出为具有已经被垂直磁化的磁化区31，意味着它们以通常垂直或离面的取向存储在记录层30中，如区域31中的箭头所示。记录层30可以是任何高各向异性（高Ku）的垂直介质，诸如具有生长在特定生长增强底层上的颗粒层的钴-铬-铂（CoCrPt）合金，或者交替的Co膜与铂（Pt）膜或钯（Pd）膜的多层。记录层30也可以是L10有序合金，诸如FePt、FeNiPt、Co3Pt或CoSm。盘10也通常会包括在记录层30上的保护涂层（未示出）。
在具有与盘面对的表面或气垫面（ABS）的滑块122上还示出具有读头60和写头50的读/写头109（图1）。写头50包括将写极52连接到第一返回极54和第二极55的磁轭。滑块122的ABS是面对盘10的表面，并且示出为没有通常在实际滑块中存在的薄保护涂层。ABS将表示头载体的用薄保护涂层覆盖的表面、头载体的实际外表面（如果没有涂层）或者涂层的外表面。写电流经过写头50的线圈56以在写极52的极尖52a处产生磁场（箭头42）。当盘10沿箭头15的方向移动经过写头50时，该磁场磁化写极尖52a下面的记录层30。记录区31的检测或读取是通过具有在ABS处的感测边缘60a的读头60，该感测边缘60a检测磁区域31之间的转变。读头60通常为磁阻（MR）读头，诸如隧穿MR（TMR）读头，其中感测电流垂直地经过构成磁头的层。一对导磁屏蔽件S1和S2位于读头60的相反两侧以防止来自除了要被读取的区域之外的磁化区31的磁通量到达读头感测边缘60a。写线圈56示出为绕磁轭的直接支撑写极52的部分缠绕的常规螺旋线圈，电流方向通过用"X"标记的线圈截面被示出为进入纸面以及通过用实线圆标记的线圈截面示出为离开纸面。然而线圈还可以是绕磁轭缠绕的常规的平面或“薄饼形”线圈。具有集成TAR头的滑块122具有外表面或拖尾端115，该拖尾端115具有穿过绝缘层113连接到读头60和写头50的线圈56的导电焊垫（未示出）。
滑块122还支承激光器70、反射镜71以及光通道或波导72，该光波导72具有在ABS处的输出端72a。激光器70和反射镜71被示出为支承在滑块122的顶表面上。光波导72在图2中被示出为延伸穿过写头50的磁轭并位于写极52和返回极55之间。然而，光波导72可以位于其他位置，例如在屏蔽件S2与返回极55之间。波导72由芯材料诸如Ta2O5或另一高折射率电介质材料形成，该芯材料透射在激光器的波长处的辐射并被电介质包层73（例如，SiO2或Al2O3）围绕，该电介质包层73的折射率小于芯材料的折射率。尽管图2中的滑块122被示出为支承用于将来自激光器70的激光器辐射引导到波导72中的反射镜71，但是使用耦接到波导的光栅耦合器也是公知的，如在例如US20090310459A1中所述。图2中TAR头的形成在滑块端部112上的无阴影的部分，除了光波导72之外，表示绝缘材料，通常为铝氧化物。激光器70可以是具有约780nm的波长的CD-RW型激光二极管。激光器70还可以是垂直腔表面发射激光器（VCSEL）或外部腔VCSEL，其产生具有在约920nm至1000nm之间的波长的激光辐射。
光波导72将辐射（由波纹箭头72b表示）从其输出端72a引导到记录层30以加热记录层，从而充分降低矫顽力以保证良好的写入能力。在TAR的一些实施方式中，记录层可以被加热到接近构成记录层30的材料的居里温度或高于居里温度。在写入期间，记录层30沿由箭头15所示的方向相对于滑块122移动，使得记录层的被加热部分可以暴露于来自写极尖52a的写入场42。来自通过光波导72的辐射的加热短暂地降低记录层30的矫顽力Hc，使得磁区域可以通过来自写极尖52a的写入场42取向。如果写入场Hw大于Hc，则磁化区域通过写入场42取向。在记录层30的一区域已经暴露于来自写极尖52a的写入场以及来自光波导72的热之后，该区域在冷却时被写入或记录为磁化区31。记录区31之间的转变表示写入的数据“位”，其能够通过具有在ABS处的感测边缘60a的读头60读取。
图3是从盘的记录层的下面朝向ABS的视图，旨在作为利用具有根据本发明的热辅助的叠瓦写入来在盘上记录磁化区域的方法的图形表示。示出环形带140（图1）的两个同心道140a和140b，以及与写极尖52a对齐的磁转变的路径（将得到第三数据道）。写极尖52a具有比读头感测边缘60a的跨道宽度（RTW）更宽的跨道宽度（WTW）。当写入数据时，随着记录层沿箭头15的方向移动，写极尖52a产生磁转变的路径（示出为白色和阴影磁化区域31之间的转变）。在叠瓦写入中，环形带中的所有数据道都被写入，只要环形带中的数据道的任意部分将要被再写入。为了写入产生三个数据道的磁转变，写头首先写入沿线150a并以之为中心的路径，之后，致动器将写头径向移动一增量距离以写入沿线150b并以之为中心的磁转变路径，之后，致动器将写头径向地移动一增量距离以写入沿线150c的磁转变路径。路径150b交叠路径150a的一部分，并且路径150c交叠路径150b的一部分。例如，路径150b具有被交叠部分152和未被交叠部分154。在环形带中的所有道都已经以叠瓦写入法写入之后，数据道是未被交叠部分，如数据道140a、140b所示。因此被写入的数据道具有径向道宽度（TW），其通常略微大于读头感测边缘60a的RTW。例如，RTW通常为TW的0.6至0.7倍。
如图2和图3所示，波导72（具有在ABS处的输出端72a）不与写极尖52a重合，而是相对于写极尖52a位于道上游，优选地距离等于或大于50nm。因此，波导输出端72a是在记录层上产生被加热区域或点160的热源，该被加热区然后向道下游（该处其暴露于来自写极尖52a的磁写入场）移动。如图3所示，波导输出端72a为“宽区域”加热器，由于其加热比WTW更宽的区域，优选地为包括与写极尖52a对准的道的两侧的多个道的区域。被加热的点160可以覆盖相对大量的道，例如，如果TW为约50nm，则被加热的点160可以为约1微米，因此覆盖约20个道（在写头的每侧有10个道）。然而，仅当位于被加热的点60中的记录层的部分暴露于来自写极尖52a的拖尾边缘的写入场时，磁转变才被写入。因此，圆形路径150c中的道下游的转变31的位置由写极尖52a的写入场梯度决定，而不是由被加热点160与记录层的未加热区域之间的热梯度决定。通过这样的宽区域加热器，每次整个环形带被写入，每个数据道中的数据将在其被写入之后连续多次地暴露于热，例如在此示例中为至少10次。然而，从模型已经确定，在本发明中，宽区域加热器的使用不会导致任何显著的ATE。由于大的被加热的点，有相当数目的道仅经受大的温度升高，而没有经受任何显著的磁场。
在优选的实施例中，记录层30为由包括至少Co、Pt和Cr的高Ku合金形成的颗粒层。根据特定的组分，高Ku的颗粒CoPtCr合金可以具有在环境温度的大于约8kOe并且直到约20kOe的转换场H0。热源必须充分降低矫顽力Hc，使得H0被减小到显著低于写入场的值。根据CoPtCr合金的特定组分和特定的写头，热源应当减小矫顽力Hc至少500Oe，表示H0将被减少约至少800Oe。例如，CoPtCr合金可以具有约7×106ergs/cm3的Ku以及在室温约9kOe的矫顽力Hc，表示转换场H0可大于12kOe。热源应当将记录层30的被加热点160中的温度升高至约250℃，使得当暴露于来自写极尖52a的写入场时，矫顽力Hc将被减小大约4kOe（转换场H0减小约至少5kOe）。该温度显著低于CoPtCr合金的居里温度（其将为约600℃）。
本发明在图1-3中的实施例使用具有在ABS处的输出端的光波导作为宽区域热源。然而，其他的热源也是可以的。图4示出具有宽区域电阻加热器作为热源的TAR头的ABS视图，如US 7068453B2中所述。写头极尖52a具有比读头感测边缘60a的跨道宽度更宽的跨道宽度（WTW），使得在致动器使写头径向移动小于WTW的增量时，写头能够进行叠瓦写入。导电加热元件具有在ABS处的边缘172a，其延伸得比WTW更宽从而覆盖多个道。加热元件可以由相对高电阻率的材料诸如铬（Cr）、镍铬（NiCr）或钛（Ti）形成，并具有用于连接到电源的电接触172b、172c。
纯温度效应（没有磁场效应）导致的热衰退可以被称作热致道擦除（TTE），而磁场效应结合温度效应导致的热衰退可以被称作ATE。单次的ATE与单次的ATE加上10次的TTE进行对比。对于此计算，假定一个1微米直径的被加热的点和50nm的道宽度。对于磁场强度H/Hw的两个值，对磁化M的这些计算的结果在表1中示出，其中Hw为来自磁头的在道上的写入场，H为在相邻道的中央处产生的场。如表1所示，10次TTE对磁化的额外影响相对于单次的ATE效应相对小，也就是，对于H/Hw=0.2，使其仅降低了额外的2%（从97%至95%）。对于H/Hw=0.4，额外的效应更小，也就是，其将磁化从92%降低至91.8%。由于叠瓦写入导致相邻道中的记录数据仅单次暴露于磁场，所以磁场和加热的结合引起的热衰退被显著降低。如表1所示，单独加热的效应，即使对于相对大量的次数，对热衰退的影响很小。可以相信，在写头的单次通过期间，实质上所有的具有低KuV的小颗粒都已经通过暴露于写头而从分布去除。
表1
尽管已经参照优选的实施例具体示出并描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，可以在形式和细节上进行各种改变，而不脱离本发明的精神和范围。因而，所公开的发明应被认为仅是说明性的并被限制在仅由所附权利要求所指定的范围内。
Claims (14)
1.一种热辅助磁记录盘驱动器，包括：
可旋转的磁记录盘，包括基板和在该基板上的磁记录层；
头载体，具有面对记录层的表面；
热源，在该头载体上，用于在所述盘旋转时加热所述记录层的区域；
写头，在该头载体上，当所述盘旋转时，该写头在被加热的记录层中产生基本圆形的磁转变的路径；以及
致动器，连接到该头载体，用于使该头载体基本径向地横跨该盘移动，该致动器能够以小于路径的径向宽度的增量来移动该写头，从而该写头产生部分交叠的基本圆形的磁转变的路径；
其中该记录层的被加热区域比该写头的径向宽度宽。
2.如权利要求1所述的盘驱动器，其中该交叠的圆形路径被分组为该记录层上的环形带。
3.如权利要求1所述的盘驱动器，还包括在该头载体上的磁阻读头，用于读取该圆形路径的未交叠部分中的磁转变。
4.如权利要求1所述的盘驱动器，还包括激光器，其中该热源包括光波导，该光波导耦合到该激光器并在该面对记录层的表面处具有输出面，用于引导激光辐射到该记录层。
5.如权利要求1所述的盘驱动器，其中在该圆形路径中的磁转变的位置由该写头的写入场梯度决定。
6.如权利要求1所述的盘驱动器，其中该磁记录层为垂直磁记录层，并且其中该盘包括在垂直磁记录层下面的软磁衬层。
7.如权利要求6所述的盘驱动器，其中该波导输出面位于该头载体的面对记录层的表面上，在沿路径的方向上距离该写头的距离等于或大于50nm。
8.如权利要求1所述的盘驱动器，其中该热源包括电阻加热器。
9.如权利要求1所述的盘驱动器，其中该热源加热该记录层至低于该记录层的居里温度的温度。
10.一种热辅助叠瓦写入磁记录盘驱动器，包括：
可旋转的磁记录盘，包括基板和在该基板上的垂直磁记录层；
滑块，具有面对该记录层的气垫面；
激光器；
光波导，在该滑块上并耦合到该激光器，该光波导具有在该气垫面处的激光辐射输出端以用于在盘旋转时加热该记录层的区域；
写头，在该滑块上并具有在气垫面处的具有一径向宽度的写极尖，该写极尖在被加热的记录层中产生磁转变的圆形路径，该磁转变具有基本等于该写极尖的径向宽度的径向宽度；
致动器，连接到该滑块，用于将滑块基本径向地移动横跨该盘，该致动器能够以小于该写极尖的径向宽度的增量来移动该写极尖，从而该写极尖产生部分交叠的基本圆形的磁转变路径，其中该记录层的被加热区域比该写极尖的径向宽度宽；以及
读头，具有在该气垫面处的感测边缘，该感测边缘具有小于该写极尖的径向宽度的径向宽度，用于读取该圆形的路径的未交叠部分。
11.如权利要求10所述的热辅助叠瓦写入磁记录盘驱动器，其中该交叠的圆形路径被分组为该记录层上的环形带
12.如权利要求10所述的热辅助叠瓦写入磁记录盘驱动器，其中该波导的输出端具有该写极尖的径向宽度的三倍的径向宽度。
13.如权利要求10所述的热辅助叠瓦写入磁记录盘驱动器，其中该垂直磁记录层包括含有Co、Pt和Cr的合金的颗粒层，该波导输出端能够将该CoPtCr合金颗粒层加热至足以将矫顽力Hc降低至少500Oe的温度。
14.如权利要求10所述的热辅助叠瓦写入磁记录盘驱动器，其中该垂直磁记录层选自有序合金和交替膜的多层，所述有序合金选自FePt、FeNiPt、Co3Pt和CoSm，所述多层选自Co/Pt多层和Co/Pd多层。
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